高级配电自动化技术.ppt
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1、第二章 高级配电自动化技术,2023/4/3,1,高级配电自动化技术,2,2023/4/3,2.1 配电自动化系统的构成,配电自动化系统的组成结构,3,2023/4/3,地区调度自动化系统接入所辖的35kV及以上的高压变电所的信息,监控范围包括220kV变电所在内的整个高压配电网。区级调度自动化系统(又称配电网调度自动化系统),负责中低压配电网的监控。,2.1 配电自动化系统的组成结构,2023/4/3,4,调度自动化系统的基础都是数据采集与监控子系统,分别称为地调SCADA系统与配调SCADA系统。由于地调还负责本地区分布式发电厂的调度管理,在SCADA功能基础上,地调自动化系统还具有自动发
2、电控制(AGC)、负荷预测、网络安全分析等高级应用功能,因此,又将地调自动化系统称为能量管理系统。,2023/4/3,5,我国DAS的模式有两种:一种是每一个区建设一套DAS,优点是系统规模小,容易建设,易于管理;不足之处是一个供电企业内要建设多套系统,投资大,不利于管理。另外一种是建设一套DAS,负责本地区整个中、低压配电网的监控,在各个区调设置远程用户终端,供值班人员及时了解本区配电网运行状况,获取调度管理信息。这种模式需要的管理人员少,节约投资,有利于信息共享。随着配电自动化技术的成熟以及管理水平的提高,地级及以上城市供电企业可优先考虑建设统一管理的DAS,除监控本地区中、低压配电网外,
3、还要将高压配电网纳入其监控范围。,2.1 配电自动化系统的组成结构,2023/4/3,6,2.1 配电自动化系统的组成结构,DAS的结构,2023/4/3,7,DAS由主站、通信网络、各种现场监控终端组成.(1)现场终端:包括安装在变电所、开闭所的站内监控终端RTU,安装在线路环网柜内、柱上开关上的线路监控终端FTU(Feeder Terminal Unit),安装在配电变压器上的配电变压器检测终端TTU(Transformer Terminal Unit)。(2)通信网络:提供现场终端与DAS主站之间的通信通道。,2.1 配电自动化系统的组成结构,2023/4/3,8,(3)主站:是一个安装
4、在配电网调度中心内的计算机局域网络系统,它收集并保存来自现场自动装置的实时数据;录入并保存反映配电网和设备状态、接线关系以及用户情况的离线数据;提供图形化用户界面供调度值班人员对配电网进行实时监控、管理以及系统本身的维护;提供与其他系统(如GIS、MIS)的接口等。,2.1 配电自动化系统的组成结构,DAS的主站(1)DAS主站的要求 安全、可靠、开放、实用,2023/4/3,9,2.1 配电自动化系统的组成结构,(2)DAS主站的硬件,2023/4/3,10,数据库服务器系统的核心 可靠性要求很高,通常采用高档PC服务器或RISC服务器,并且采用多种容错措施,如双CPU、双电源、双风扇等。注
5、释:RISC为Retrenched Injunction System Computer精简指令系统计算机(简称RISC),起源于80年代的MIPS主机(即RISC机),RISC机中采用的微处理器统称RISC处理器。RISC典型范例如:MIPS R3000、HPPA8000系列,Motorola M88000等均属于RISC微处理器。,2023/4/3,11,(2)DAS主站的硬件,2023/4/3,12,为了获得更好的安全性能,服务器可以采用冗余配置。一种模式是双服务器镜像系统;另一种模式是可靠性更高的磁盘阵列(RAID)系统,两台服务器互为热备用,共享一个大的逻辑磁盘,磁盘阵列中的任意一块
6、硬盘数据损失都能通过其他磁盘恢复数据,任意一块硬盘都可以进行热插拔更换,确保系统不会停顿。,(2)DAS主站的硬件,2023/4/3,13,RAID是英文Redundant Array of Inexpensive Disks的缩写,中文译作独立冗余磁盘阵列又被称为廉价冗余磁盘阵列,简称磁盘阵列。简单的说,RAID是一种把多块独立的硬盘(物理硬盘)按不同方式组合起来形成一个硬盘组(逻辑硬盘),从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据冗余的技术。在这一组硬盘中,数据按照不同的算法分别存储于每块硬盘上从而达到不同的效果这样就形成了不同的RAID级别(RAID LEVEL)。,(2)DAS主站的硬
7、件,2023/4/3,14,前置通信处理机前置通信处理机与现场终端装置通信,对数据预处理,以减轻主机(服务器)负担;此外,还有系统时钟同步、通道的监视与切换以及向其他自动化系统或MIS系统转发数据等功能。前置机向上接入主站局域网,与后台机交换数据;向下与各种现场终端装置通信,采集配电网实时运行数据,下发控制调节命令。所以前置机功能实时性很强,可靠性要求较高,一般采用高可靠性的工控机,并采用双机热备用工作方式。,(2)DAS主站的硬件,2023/4/3,15,调度员工作站(调度中心、一区)一般双机配置、互为备用。管理员工作站(信息自动化科)管理员工作站负责整个系统的协调和管理,系统管理员对主站系
8、统进行配置、维护,如修改数据库,设置工作人员操作口令与权限等。,(2)DAS主站的硬件,2023/4/3,16,Web服务器(三区)主站一般采用Web服务器与MIS接口。Web服务器从DAS接收实时数据,形成实时数据库,向MIS提供配电网运行信息。Web服务器同时又是MIS的组成部分,MIS中的所有节点上的计算机都可以通过标准的Internet浏览器访问该服务器,获取配电网运行信息。主站与Web服务器之间的通信一般是单向的,即MIS无法通过Web服务器访问主站的数据库服务器,而是由主站服务器将配电网的实时数据传送到Web服务器上供MIS系统访问,以保证整个DAS系统的安全性。与其他系统的接口,
9、(2)DAS主站的硬件,(3)软件,2023/4/3,17,2023/4/3,18,系统软件 Windows系统:易学、易用、便于维护、运行稳定,兼容性好用户工作站 Unix系统:性能稳定、扩展方便,但使用复杂、支持开发的软件少服务器,(3)软件,2023/4/3,19,支撑平台数据库管理系统 一个通用的管理机制用来搜索和更新数据,称为数据库管理系统。DBMS不仅为计算机内部的应用程序或用户提供数据,同时也为支撑平台的其他软件模块提供基础的数据存储和处理。,(3)软件,2023/4/3,20,(3)软件,2023/4/3,21,(3)软件,历史数据主要记录保持配电网运行数据,如电压值、电流值、
10、负荷曲线、开关动作时间顺序记录、电网故障信息以及管理数据(电网拓扑关系、设备信息等),一般选用Oracle、SQL Server、Sybase等专业软件商开发的商用关系型数据库。这些数据库由表格构成,用户可以使用标准的SQL语言访问数据库。这些商用关系数据库功能完善,可以进行数据库内数据运算,对数据进行加密保护;通过通用的、标准的数据库应用程序接口(Application Program Interface)可将这些数据提供给其他系统使用。,2023/4/3,22,商用关系数据库响应速度慢,难以满足实时性要求。实时数据库一般采用电力软件商自行开发的数据库来保存反映配电网实时运行数据。实时数据库
11、采用内存共享技术,数据保存在网络上各节点计算机内存里,支持应用数据的软件程序对其进行快速访问与处理,具有很好的实时性。使用网络通信模块,同步各节点计算机上的数据库,以保持各节点上实时数据的一致性;同时借用了关系数据库的设计原理,用户可使用SQL语言访问数据库,方便对其进行管理。,(3)软件,2023/4/3,23,网络管理系统 按国际标准开发的分布式网络管理软件,驻留在每一台机器中,负责网络信息的接受和发送。主站网络各机器上层软件之间的通信,都要经过网管系统进行,由其选择路由、控制流量、判断数据完整性。网管系统还提供标准的应用程序接口,上层软件以及用户自己开发的程序都通过此接口实现进程之间的通
12、信。上层软件在与其他进程交换信息时,只需要指明通信的进程名,把信息发给网管系统即可,具体的路径判断和收发控制由网管系统负责。这样,上层软件不需要考虑具体的信息交换问题,只要关心如何实现自己的功能就行了,使得程序的模块化好,易于编写、调试、维护。,(3)软件,2023/4/3,24,图形管理系统(软件演示)系统用户界面需要绘制大量的接线图、地理图、曲线图、棒图以及各种电力应用图形,以对配电网进行监视、控制和管理。图库一体化技术:在绘制接线图的同时,由系统自动生成网络拓扑关系,和相应设施的属性数据加以整合,并保存至拓扑关系库;拓扑关系可以在线动态更新。在拓扑关系的基础上利用连通图的方法,方便地完成
13、局部或全局动态着色。,(3)软件,2023/4/3,25,(3)软件,2023/4/3,26,报表管理系统 报表是电力企业进行生产管理的主要手段。报表管理系统主要完成报表的编制与报表的预览和打印功能,现在还包括报表的流转审核。一般利用EXCEL。安全管理系统 防止外部干扰以及黑客恶意侵入。系统要有物理隔离措施,通过路由器、网桥与其他系统相连。要设置防火墙阻断恶意访问;必要时,可采取单向信息流的措施,即完全阻断外部访问,只允许DAS向外发送数据。,(3)软件,2023/4/3,27,应用软件基本应用软件:数据采集、报警事件处理、数据统计、事故追忆等功能的软件。高级应用软件:馈线自动化、网络拓扑、
14、状态估计、潮流分析、负荷预测、无功优化等高级配电自动化功能的软件。,(3)软件,SCADA系统功能,2023/4/3,28,2.1 配电自动化系统的组成结构,SCADA(Supervisory Control And Data Acquesition)系统完成数据采集与监控功能,是基本的调度自动化子系统,也是实现各种高级DA应用功能的基础平台。,SCADA系统的功能,2023/4/3,29,1.运行数据的采集及处理状态量遥信量量测量 遥测量电能量脉冲量,2.运行监视与事件处理 3.控制与调节功能,2023/4/3,30,4.历史数据记录和统计5.事故数据记录 SOE是在状态量出现变化时,按现场
15、终端内部时钟准确地记录下来,时间分辨率达到毫秒级。PDR用于记录电网事故前后量测数据和状态数据,供事后在接线图上“实时”再现事故过程,以方便事故的研究和分析。典型的记录时间长度是事故前10min,事故后5min。,高级DA应用功能,2023/4/3,31,2.1 配电自动化系统的组成结构,EMS=输电网SCADA+输电网自动化高级应用软件(PAS)DMS=配电网SCADA+配电自动化高级应用软件,高级DA应用功能,2023/4/3,32,DAS的PAS包括:馈线自动化(FA)、网络拓扑、状态估计(ES)、潮流分析(PF)、负荷预测(LF)、无功优化等。实际工程中,应避免追求“大而全”,要本着可
16、靠、实用、经济的原则对高级应用功能进行取舍,一般是把SCADA和馈线自动化作为DAS的基本功能。,2.2 高级配电自动化系统结构和功能,从便于自动化系统建设与管理的角度出发,高级配电自动化技术内容限定为中低压配电网运行自动化与管理自动化两个方面,包括配电SCADA、变电站自动化SA,馈线自动化FA三个方面内容。,2023/4/3,33,2.2.1 高级配电自动化系统的结构,2023/4/3,34,营销管理系统CIS,企业GIS应用系统,生产管理系统PMS,企业管理计划ERP,基于IEC61968的信息交换总线或综合数据平台(安全和区),安全隔离,上级调度自动化系统,配电主站,负控系统,配变采集
17、与监测系统,基于IEC61968的信息交换总线或综合数据平台(安全和区),通信网络,配电子站,通信网,FTU,FTU,FTU,柱上开关,重要配变,柱上开关,馈线自动化区域,配电子站,通信网,DTU,DTU,FTU,环网柜,环网柜,柱上开关,DTU,开闭所,简易型配电自动化,2.2.1 高级配电自动化系统的结构,2023/4/3,35,集成型配电自动化系统,分布式电源接入,高级配电自动化,与智能用电系统互动,微网及储能装置接入,2.2.2 高级配电自动化的功能,2023/4/3,36,馈线自动化 馈线运行数据的采集和控制,故障定位、隔离及自动恢复供电。配电SCADA配电线路运行监测、评价、优化故
18、障定位、隔离、恢复基于负荷、系统效率、电压和无功控制、电能质量、可靠性评估的配电网拓扑重构和优化基于系统配置的保护系统升级(自适应保护)结合DER的系统监视和控制智能报警,2023/4/3,37,2.2.2 高级配电自动化的功能,自动电压及无功控制系统和电能质量管理 通过双向通信系统和完善的监测系统,利用先进的电力电子技术和分布式发电资源,由公司做迅速、无瞬间时电流的电力电子开关装置,来更加有效地进行连续电压、无功和谐波控制。停电管理系统 集成地理信息系统、电网拓扑结构和用户信息系统的软件系统,用于配电网故障检测、定位、隔离和恢复。,2023/4/3,38,2.2.2 高级配电自动化的功能,配
19、电系统实时状态估计与控制 能够分析配电系统状态,持续预测配电系统可能存在的风险值,有助于提高未来配电系统的安全性和可靠性。分布式电源的集成 ADA支持DG的“即插即用”与优化调度,其核心支撑技术除广域保护、电压无功控制外,还包括微网技术、虚拟发电厂技术。与其他系统的接口,2023/4/3,39,2.2.2 高级配电自动化的功能,2.3 馈线自动化及其及其发展趋势,2.3.1 馈线自动化的实现方式当地控制方式(电压型实现方式)远方控制方式(电流型实现方式),2023/4/3,40,2.3.1 馈线自动化的实现方式,当地控制方式通过重合器来实现,馈线失压时开关跳开,然后依时间顺序试合分段开关,最后
20、确定故障区段在隔离故障并恢复非故障区供电。优点:由重合器完成,不需要主站控制,对通信系统没有要求,投资省见效快。缺点:这种实现方式只适用于配电网相对比较简单的系统,而且要求配电网运行方式相对固定。对开关性能要求较高。,2023/4/3,41,远方控制方式由FTU检测电流以判别故障,故障信息传送到主站,由主站确定故障区段,然后由主站系统发遥控命令控制开关动作,完成故障隔离并恢复非故障区供电。优点:定位迅速,快速实现恢复供电,开关动作次数少,对系统冲击小。缺点:需要高质量的通信通道及计算机主站,投资大,工程涉及面广、复杂。关键:故障时信息能送到主站,控制命令也能下发到FTU。,2023/4/3,4
21、2,总体价格上,当地控制方式对通信系统没有要求,具有一定优势,当就配电网本身的改造来看,当地控制方式所依赖的重合器的价位要远高于负荷开关。,2.3.2 分段器和重合器,分段器(过流脉冲计数型分段器)分段器是一种智能化的负荷开关,它能和断路器或重合器配合使用。在线路发生永久性故障时,能记忆断路器或重合器的分合次数,当达到预先整定的动作次数后,分段器能在无故障电流情况下自动分闸(滞后0.10.25s)并闭锁,保持分闸状态,起到隔离线路故障区段的作用。,2023/4/3,43,分段器,分段器的技术参数:(1)起动电流:使分段器开始计数的电流,应为上级断路器或重合器最小分闸电流的80%。(2)复位时间
22、:分段器每次计数后,到复位所需时间,即延时时间。(3)累计时间:从首次计数电流消失到分段器完成整定的计数次数所需时间。,2023/4/3,44,2023/4/3,45,分段器,重合分段器,重合分段器(自动配电开关,电压时间型分段器)重合分段器是一种带自动重合功能和智能判据的负荷开关。在判别线路有电压时自动合闸,无电压时自动分闸。它能分合负荷电流,关合短路电流,但不能开断短路电流。重合分段器由开关本体、电源变压器SPS、故障检测器FDR和控制器构成。重合分段器的底部有操作手柄,可以选定重合分段器正常运行时为闭合或断开。,2023/4/3,46,2023/4/3,47,重合分段器的技术参数:(1)
23、X时限,重合分段器恢复至自动合闸的时延;(2)Y时限,重合分段器合闸后又失压的时限,如未超过此时限,重合分段器分闸后闭锁,不再重合。,2023/4/3,48,工作原理 F点发生瞬时故障,QF跳闸,RS1和RS2因失压而分闸。QF重合后,RS1检测到电压恢复合闸,接着RS2合闸。若F点为永久故障,RS2合闸后,QF再次跳闸,RS1、RS2在此失压分闸,由于RS2合闸后到再次失压的时间小于Y时限,使得RS2闭锁,隔离故障。,2023/4/3,49,电压时间型分段器有两种功能:第一种是在正常运行时闭合的分段开关;X时限Y时限t1(t1为从分段器电源侧断路器或重合器检测到故障起到跳闸的时间)。第二种是
24、在正常运行时断开的分段开关。X时限失压侧断路器或重合器的重合时间+X(失压侧各分段器X时限总和)Y时限t1(同上,但为失压侧)两种功能的切换可利用故障检测器FDR底部的操作手柄来实现。,2023/4/3,50,重合器重合器是一种自身具有控制和保护功能的开关设备。它能进行故障电流监测和按预先整定的分合操作次数自动完成分合操作,并在动作后能自动复位或闭锁。类型:单相、三相;油、真空和SF6,2023/4/3,51,重合器,表5-1 重合器和断路器的比较表,2023/4/3,52,重合器,ZCW-12真空自动重合器,2023/4/3,53,重合器,重合器,不同类型的重合器,其闭锁操作次数、分闸快慢动
25、作特性及重合间隔时间等不尽相同,其典型的四次分段三次重合的操作顺序为:,其中t1,t2可调,随产品不同而异。,2023/4/3,54,重合器对相间故障都采用反时限特性开断,以便与熔断器的安秒特性配合。重合器的工作特性可以分为瞬时动作特性和延时动作特性。瞬时动作特性是指重合器按照快速动作时间电流特性(tI特性)跳闸;延时动作特性是指重合器按照某条慢速tI特性跳闸。通常重合器的快速曲线只有一条,与断路器的速断保护类似;电子控制的重合器慢速曲线可以有多条,可整定为“一快二慢”和“一快三慢”等。,2023/4/3,55,重合器,电子控制的重合器对接地故障采用定时限开关。定时限特性共9条,对应的时间分别
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